【覆蓋式鉆床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)】11000字（論文）

覆蓋式鉆床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：機(jī)械制造離不開金屬切削機(jī)床。本文所設(shè)計(jì)的覆蓋式鉆床夾具的目的在于保證機(jī)械加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減輕勞動強(qiáng)度以及實(shí)現(xiàn)制造流程智能化。像這樣的機(jī)械夾具能夠普遍應(yīng)用在工業(yè)上,大量專用機(jī)械夾具的應(yīng)用為大批量生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。本文的設(shè)計(jì)主要使用了AUTOCAD與SOLIDWORKS兩個(gè)軟件進(jìn)行了夾具的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)以及三維實(shí)體建模。分析并論證了覆蓋式鉆床夾具所使用的定位元件和夾緊元件，并且設(shè)計(jì)了鉆模板、軸套和夾具體等零件，最后通過組合裝配和誤差分析計(jì)算確定其可行性，完成了本次覆蓋式鉆床夾具的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：覆蓋式鉆床夾具；夾具設(shè)計(jì)；AUTOCAD；SOLIDWORKS目錄TOC\o"1-3"\h\u318331緒論 1299141.1課題研究背景及意義 160601.2課題研究現(xiàn)狀 184211.3夾具發(fā)展趨勢 2112951.4課題研究的主要內(nèi)容 3250722鉆床夾具的設(shè)計(jì) 454842.1鉆床夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 4107142.2鉆床夾具的設(shè)計(jì)步驟 758552.3鉆床夾具的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 82.4基準(zhǔn)的確定9276723覆蓋式鉆床夾具的設(shè)計(jì) 1115393.1夾具的裝配圖 11246253.2定位方案的設(shè)計(jì)與定位基準(zhǔn)的選擇 12153053.3夾緊方案的設(shè)計(jì) 1412303.4切削力和夾緊力的計(jì)算 16206044夾具體及夾具零件的設(shè)計(jì) 184.1夾具體的要求184.2夾具體毛坯的類型184.3鉆模板的設(shè)計(jì)194.4鉆套的設(shè)計(jì)20323745夾具誤差的分析計(jì)算 225.1定位誤差225.2誤差分析235.3分析計(jì)算定位誤差時(shí)應(yīng)注意的問題2495596總結(jié) 2520493參考文獻(xiàn) 26附錄2828281緒論1.1課題研究背景及意義夾具這種裝置最早在18世紀(jì)被制造出來，從剛被制造時(shí)的簡陋設(shè)備到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成功能、種類趨于完善的工藝裝備。近些年來，夾具與機(jī)床的相互配合程度越來越高，夾具與機(jī)床的有機(jī)結(jié)合，使其成為了一種必不可少的加工設(shè)備。工件在被加工時(shí)需要被牢固的固定才能保證精準(zhǔn)性，機(jī)床夾具的作用正是如此，它能精確定位工件位置，并且能保證牢固性，使工件更容易接受加工。這樣大大提高了工作效率，并且不會影響工件質(zhì)量，還提高機(jī)床的工藝性能。因?yàn)橛兄绱孙@著的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)床夾具有了顯著地位?，F(xiàn)代制造業(yè)進(jìn)步與轉(zhuǎn)變的勢頭已經(jīng)不可阻擋，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式已經(jīng)跟不上時(shí)代的變化，因此我們需要新的像夾具這樣的工藝裝備來滿足機(jī)械生產(chǎn)，才能提高生產(chǎn)效率，滿足生產(chǎn)需求。只有合理使用設(shè)備，才能保證機(jī)械零件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了工作效率，增加了設(shè)備的使用，減少了生產(chǎn)費(fèi)用，改善了工人的工作環(huán)境。1.2課題研究現(xiàn)狀經(jīng)過統(tǒng)計(jì)表明，目前在國際生產(chǎn)中，近八成的工件是由中、小批多品種生產(chǎn)的。現(xiàn)在時(shí)代的工件產(chǎn)品競爭激烈，因此要求現(xiàn)代企業(yè)不能安于現(xiàn)狀，必須不斷地創(chuàng)新，更新自己的產(chǎn)品，才能保證自己不被時(shí)代淘汰。然而，傳統(tǒng)的專用夾具依然被大量的使用，在一些企業(yè)中，數(shù)量可能達(dá)到成千上萬。在企業(yè)中專用夾具的更換率也是很高，基本上一般的夾具的壽命不過三至四年，但其實(shí)它的磨損量并不是很高，只有10~20%左右。近年來，世界各類知名組織對新型機(jī)床夾具提出如下要求：1.要能夠快速適應(yīng)新產(chǎn)品，避免造成成本的損失以及時(shí)間的浪費(fèi)；2.要求夾具具有一定的兼容性;3.要求機(jī)床夾具能完成高精度的加工;4.要求新型機(jī)床夾具有更好的適用性;5.要求采用高效的夾緊裝置；6.要求使用更高的要求來規(guī)定機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化。夾具的重要性決定了它特殊的地位。移動工件的誤差取決于夾具的剛性。這是不同于其他測量根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)和安裝。只要保證夾具的剛度，就能控制誤差。此外，夾具的能動作用體現(xiàn)在如果因?yàn)槠渌h(huán)節(jié)的工藝制造引起較大的動態(tài)誤差。1.3夾具的發(fā)展趨勢夾具在機(jī)械加工中的重要性是不可置疑的，隨著機(jī)床技術(shù)的告訴發(fā)展，目標(biāo)方向應(yīng)該放在高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保這些方面。與此同時(shí)，夾具的進(jìn)步方向已經(jīng)明了，應(yīng)該向著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)等這些方向進(jìn)行研究。（1）高精確性高精確性顧名思義是指未來需要高精確性的夾具，其制造精度直接影響到機(jī)床的加工和定位，高精密的固定裝置，其定位孔的精確性、垂直度、平行度等遠(yuǎn)超普通夾具。德國Demmeler公司生產(chǎn)的一種組合焊接夾具。其精密平口鉗具有5微米的平行度和豎直度，可反復(fù)固定的固定精度可達(dá)到±5微米，瑞士EROWA夾具可反復(fù)定位誤差不過2~5微米。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高精度已經(jīng)成為夾具中必不可少的質(zhì)量；（2）高效化美國JERGENS公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，在1分鐘之內(nèi)完成對夾具的定位、鎖定。相比之下，普通夾具的效率顯得十分低下，在未來，質(zhì)量與效率必然是要齊頭并進(jìn)的；（3）模塊、組合化裝配組件的模塊化是裝配過程中的重要環(huán)節(jié)。通過模塊化設(shè)計(jì)，使夾具組件標(biāo)準(zhǔn)化，快速組裝各種夾具是夾具技術(shù)發(fā)展的根本。利用CAD技術(shù)建立了元件庫、典型工具庫、標(biāo)準(zhǔn)庫、用戶的使用文檔庫，并對夾具進(jìn)行了優(yōu)化，方便了用戶對夾具的三維裝配。達(dá)到積累用戶的使用經(jīng)驗(yàn)，掌握市場需要的目的，并對夾具進(jìn)行改進(jìn)和完善。（4）通用、經(jīng)濟(jì)化通用性對它的經(jīng)濟(jì)效益有很大的影響。采用模塊化、組合化的夾具，雖一次投入較大，但其可重組性、可重構(gòu)性、可擴(kuò)充性、適用面廣、通用性好、工裝利用率高；快速回收投資，使產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益得到充分的體現(xiàn)。德國Demmeler公司的管型組合焊機(jī)，僅用少量品種和規(guī)格的配件，即可裝配出各種不同的焊接夾具。1.4課題研究的主要內(nèi)容本文所設(shè)計(jì)的覆蓋式鉆床夾具所應(yīng)具備以下特點(diǎn)。1.保證工件的加工精度夾具必須具有正確的定位方案、適當(dāng)?shù)某叽纭⒐罴凹夹g(shù)指標(biāo)，并對其進(jìn)行必要的精度分析，以保證其符合工件的加工精度。2.提高工作效率夾具必須符合產(chǎn)品的制造計(jì)劃。為了減少輔助時(shí)間和提高生產(chǎn)效率，應(yīng)該按照工件的生產(chǎn)數(shù)量選擇不同的復(fù)雜度、快捷、高效的夾具。3.工藝性好夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單合理，加工方便，裝配，檢查，維修。4.使用性好夾具操作應(yīng)簡單，省力，安全可靠5.經(jīng)濟(jì)性好要提高夾具的經(jīng)濟(jì)效益，不僅要考慮到夾具本身結(jié)構(gòu)簡單、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、成本低廉外，還要依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃對工裝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。

2鉆床夾具設(shè)計(jì)的基本知識2.1鉆床夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)鉆床夾具的核心部件是鉆模和鉆套。鉆模選擇的形狀一般與夾具的種類及加工孔的特性有關(guān)。鉆套是固定在鉆模或夾具體上的，它的功能是決定加工孔的位置，并能精確地導(dǎo)向工具。鉆床夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)該有：1.鉆床夾具類型的選擇在設(shè)計(jì)鉆床夾具時(shí)，選擇合適的夾具是十分關(guān)鍵的。根據(jù)產(chǎn)品的構(gòu)造、大小、重量等不同的需要、根據(jù)孔尺寸、加工精度、生產(chǎn)規(guī)模等因素，來確定夾具的結(jié)構(gòu)形式。在選擇鉆床夾具的類型的時(shí)候要注意下列要點(diǎn)。（1）當(dāng)孔口尺寸大，工件及夾具的質(zhì)量大，對鉆孔的精度有很高的要求，建議使用固定式結(jié)構(gòu)。（2）當(dāng)孔口尺寸小，工件及夾具的質(zhì)量降低，在一個(gè)平面上的孔洞數(shù)目大時(shí)，應(yīng)采取移動式結(jié)構(gòu)。（3）當(dāng)加工的零件在不同的表面上存在多個(gè)孔，且孔之間的定位精度高時(shí)，可以使用翻轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)（4）對同一圓周上的平行孔系或沿相同圓周方向的徑向孔進(jìn)行加工時(shí)，應(yīng)選用回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)。（5）對于大、中型工件，在相同的或平行的平面上，加工出多個(gè)小孔時(shí)，可以采取覆蓋式結(jié)構(gòu)。2.鉆套的選擇和要求鉆套的安裝方式直接關(guān)系到鉆孔工藝的精確性和精確性，同時(shí)也關(guān)系到其使用的便利性、可維護(hù)性以及制造效率。鉆套型號的選用與設(shè)計(jì)應(yīng)注意下列要點(diǎn)。（1）固定鉆套。該產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡單、鉆孔精度高等特點(diǎn)，適合于單個(gè)鉆孔工藝和小型生產(chǎn)；（2）可換鉆套?？蓳Q鉆適用于零件單一、批量生產(chǎn)、易更換的情況。當(dāng)鉆套磨損或者損壞后，可以將螺絲取下，直接換上新的鉆套。（3）快換鉆套。在需要鉆、擴(kuò)、鉸等多工序的工件時(shí)，可快速替換各種直徑的鉆套；（4）特殊鉆套。在工件形狀特別或孔隙間隙很小的情況下，為了確保工藝的穩(wěn)定，必須進(jìn)行特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.鉆模板的選擇和要求鉆模板一般都是固定在夾具或支架上，由于結(jié)構(gòu)的特殊性，有時(shí)也會與其它零件進(jìn)行聯(lián)接。鉆模板作為鉆套的裝配，其安裝孔的位置直接影響到鉆孔定位的準(zhǔn)確性，應(yīng)特別重視其結(jié)構(gòu)型式。在具體的設(shè)計(jì)中，要注意到鉆模板的構(gòu)造是否適合使工件的夾緊和拆裝。有以下幾種典型的鉆模板結(jié)構(gòu)。（1）固定式鉆模板。鉆模板是固定在夾具本體（或其它部件）上的，不得移動或旋轉(zhuǎn)。（2）鉸鏈?zhǔn)姐@模板。鉆模與夾具本體（或其它部件）采用鉸接方式，可圍繞鉸接軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，便于工件的安裝和拆卸（3）移動式鉆模板。鉆模可在豎直方向上上下運(yùn)動，并保持其水平位置，便于工件的安裝與拆卸。（4）可卸式鉆模板。鉆模板是由一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體組成，可以根據(jù)實(shí)際的加工要求，在夾具上設(shè)置專用的定位件，也可以單獨(dú)使用(如覆蓋式鉆床夾具)。4.夾具體的要求鉆床夾具夾具的具體構(gòu)造形式較為復(fù)雜，需要根據(jù)工件的不同特點(diǎn)選用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。2.2鉆床夾具的設(shè)計(jì)步驟首先是對孔的特征、孔的位置、孔的大小及精度的研究。工件的構(gòu)造形態(tài)，是影響其加工工藝的重要因素。其次，要知道工件的哪個(gè)表面是經(jīng)過處理的，哪個(gè)是未經(jīng)處理的，哪個(gè)是原始的。最后，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、定位表面狀態(tài)、加工精度以及加工批量等因素，來選擇夾具的類型。詳細(xì)設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)步驟。1.確定總體結(jié)構(gòu)根據(jù)上述的工藝條件及工藝條件，選用最佳的夾具。本項(xiàng)目所研制的鉆床夾具，必須從工件定位、夾緊、分度等方面來決定鉆模的構(gòu)造。2.確定定位方案依據(jù)工件的特點(diǎn)、工藝要求及設(shè)計(jì)任務(wù)，按照整體的結(jié)構(gòu)方案，確定工件的基準(zhǔn)。根據(jù)零件的實(shí)際加工方向，將其固定到三維空間。對各定位部件進(jìn)行實(shí)體建模，按照對應(yīng)的匹配關(guān)系進(jìn)行裝配。3.確定夾緊方案按照定位方案，按照零件和定位元件的結(jié)構(gòu)和尺寸，分別對各部件進(jìn)行了實(shí)體建模，并按照對應(yīng)的裝配方法進(jìn)行裝配。對已完工的組裝結(jié)構(gòu)，要進(jìn)行檢查，如果結(jié)構(gòu)與尺寸不符，應(yīng)立即進(jìn)行修正。4.確定鉆模結(jié)構(gòu)完成了定位、夾緊和分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)總體方案確定具體的鉆模結(jié)構(gòu)，鉆模板、鉆套及其緊固部件按照已完成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和裝配。5.確定夾具體結(jié)構(gòu)按照整體的構(gòu)造方案，并將定位元件、夾緊元件、分度元件、鉆模元件等完成設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)出夾具、支撐體和所有的固定元件，并按照各自的匹配關(guān)系將其裝配到一個(gè)完整的裝配結(jié)構(gòu)中。如果組裝時(shí)出現(xiàn)了不正確的情況，應(yīng)對之前的零件進(jìn)行修正，并對組裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，直至實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。6.繪制夾具零件圖以及裝配圖2.3鉆床夾具的設(shè)計(jì)特點(diǎn)在夾具設(shè)計(jì)中，一般有下列的一些特點(diǎn)：1.一般夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)周期短，且通常沒有進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等方面的計(jì)算。本次設(shè)計(jì)僅在后文中進(jìn)行了切屑力和夾緊力的計(jì)算，確保所設(shè)計(jì)的夾緊元件的合理性。2.專用夾具的設(shè)計(jì)，是適合于那些有一定針對性的零件。專用夾具是各種夾具中最多的一種，專門為某個(gè)產(chǎn)品的某個(gè)工藝而設(shè)計(jì)，顧名思義具有很強(qiáng)的針對性，甚至同一種產(chǎn)品的零部件，如果有一些尺寸的改變，或者是精度的改變，那么它也會不適合于加工的需要。因此，在生產(chǎn)過程中，夾具的設(shè)計(jì)和制作就成了工作量最大、周期最長的一部分。為了解決這個(gè)問題，近幾年多采用萬能夾具（或通用夾具）、調(diào)整夾具、拼拆夾具等的新型夾具。在夾具設(shè)計(jì)中，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和提高工人的勞動生產(chǎn)率是最重要的。產(chǎn)品的加工品質(zhì)，通常包含兩個(gè)方面：被加工的表面本身的精度（例如自身尺寸精度、形狀精度、光潔度等）。其主要保證的是加工工藝和工具，而夾具對此的作用通常是為了確保其自身的剛性，同時(shí)避免在夾持工件時(shí)產(chǎn)生較大的變形。被加工的面的定位精度主要是通過夾具來實(shí)現(xiàn)的，這與夾具的結(jié)構(gòu)形式、制造精度、受力狀況、操作環(huán)境等因素有關(guān)。這是設(shè)計(jì)夾具的第一要務(wù)，需要對其進(jìn)行必要的誤差分析，以保證其加工精度。本文同樣在后文進(jìn)行了一定的誤差分析與計(jì)算。3覆蓋式鉆床夾具的設(shè)計(jì)3.1鉆床夾具的分類一般來說，鉆床夾具可以分為以下幾類：鉆床夾具它是由鉆套、鉆模板、定位夾具和夾具等部件來實(shí)現(xiàn)的。它的主要類型有：固定式鉆床夾具：該類型的鉆模在工作時(shí)定位不變，具有很高的精確性，適用于在垂直鉆孔上對大口徑的單孔或搖臂機(jī)進(jìn)行平行孔系的切削?；剞D(zhuǎn)式鉆床夾具：這種鉆模具有分度裝置，可以在工件上形成多個(gè)軸向或徑向孔系，這些孔系都是圍繞著軸線而布置的。翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具：該產(chǎn)品適用于各種尺寸較小的工件，其孔徑在f8~f10mm之間，可降低安裝數(shù)量，改善孔定位精度。它的構(gòu)造比較簡單，加工鉆模時(shí)通常由人工完成，因此，刀具和工件的重量不超過10公斤。覆蓋式鉆床夾具：它的定位元件和夾具都是直接安裝在鉆模上的。鉆模用于工件上的裝夾，適用于大型、重型工件的微孔加工。夾具、結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、易于清理，但每次都要從工件上卸下，耗時(shí)長；因此，通常重量不能大于10公斤?；姐@床夾具：是一種通用可調(diào)整的鉆模，具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，動作迅速，具有縮短生產(chǎn)周期和廣泛使用的優(yōu)勢在這里，我所設(shè)計(jì)的鉆床夾具類型為覆蓋式鉆床夾具。3.1夾具的裝配圖圖3-1-1鉆床夾具主視圖1.夾具體2.鉆模板3.六角螺釘4.心軸5.六角螺母6.削邊銷圖3-1-2鉆床夾具左視圖7.螺釘8.鉆套用襯套9.快速鉆套圖3-1-3鉆床夾具俯視圖3.2定位方案的設(shè)計(jì)與定位基準(zhǔn)的選擇工件在夾具中的定位，用以確保同一工藝中同一批次的工件在夾具中具有特定的位置。而工件的位置是否正確，按加工要求進(jìn)行測量，能夠達(dá)到加工要求的就是對的；不能達(dá)到處理要求的是錯(cuò)誤的。一批工件在固定裝置上逐個(gè)定位，其位置不可能完全一致，也不需要完全相同，但各零件的位置變化應(yīng)在加工誤差允許的范圍內(nèi)?；鶞?zhǔn)是用來決定產(chǎn)品的幾何元素之間的幾何關(guān)系的點(diǎn)、線和面。依據(jù)基準(zhǔn)的功能，將其劃分為兩大類：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。1.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在零件圖樣上所采用的基準(zhǔn)，稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。2.工藝基準(zhǔn)制程中零件使用的基準(zhǔn)，即工藝基準(zhǔn)。根據(jù)應(yīng)用的不同，工藝基準(zhǔn)分為裝配基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)。（1）裝配基準(zhǔn)在裝配過程中，用來決定零件在零件或制品中的位置的一個(gè)基準(zhǔn)，叫做裝配基。（2）測量基準(zhǔn)在測量時(shí)，用來檢查被加工的表面的幾何位置的參考，叫做測量基準(zhǔn)。（3）工序基準(zhǔn)在該工藝過程中，用于測定該工藝的被加工表面的尺寸、形狀和位置的基準(zhǔn)，稱之為工序基準(zhǔn)。（4）定位基準(zhǔn)用來定位工件的參考，叫做定位基準(zhǔn)。在這里采用已加工好的Φ23孔及端面定位，采用半軸定位，因?yàn)榭讖阶陨磔^小，切削力較小，因此不在采用其他的輔助定位。如下圖所示：圖3-2-1半軸定位3.3夾緊方案的設(shè)計(jì)對夾緊裝置的基本要求:1.在夾緊時(shí)，工件在放置后所處的位置不會發(fā)生變化。2.必須要保持一定的夾緊力。同時(shí)，要確保工件在整個(gè)加工中的位置不變、振動不大、不發(fā)生過大的夾持變形。夾持力的穩(wěn)定性可以降低夾持誤差。3.夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性必須符合工件的制造計(jì)劃。隨著產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，可以設(shè)計(jì)出更復(fù)雜、更高效的夾緊裝置。夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。具有良好的工藝性能和良好的可用性。它的構(gòu)造簡單，這樣可以使生產(chǎn)和維護(hù)方便。在夾緊工件時(shí)，夾緊的效果對加工精度、表面粗糙度和加工效率有很大的影響。所以，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，必須遵守下列原則：1.工件不移動原則在夾緊時(shí)，工件在放置后的位置不能發(fā)生變化。2.工件不變形原則夾緊力的大小要合理，確保夾具的穩(wěn)定性，同時(shí)也要避免工件在夾緊力的作用下發(fā)生加工精度不能滿足要求的變形。3.工件不振動原則對于硬度低的工件，或進(jìn)行斷續(xù)切割時(shí)，不適宜直接擠壓時(shí)，必須增加支撐和夾緊部件的剛度，同時(shí)，為了防止工件及夾具系統(tǒng)的振動，應(yīng)該將夾具與加工面接近。4.安全可靠原則夾具傳動機(jī)構(gòu)應(yīng)具有充分的夾緊行程，并具有自鎖定功能，以確保夾緊的可靠性。5.經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則該夾具的自動化和復(fù)雜性要符合生產(chǎn)計(jì)劃，既要確保生產(chǎn)效率，又要做到結(jié)構(gòu)簡單、制造維修方便、工藝性能優(yōu)良以及操作簡單，省力，良好的使用效果。本次設(shè)計(jì)的覆蓋式鉆床夾具使用的開口墊圈的壓緊力即可指定可靠的卡緊力。圖3-3-2開口墊圈3.4切削力和夾緊力的計(jì)算計(jì)算切屑力的公式如下切削力矩T：2-1切屑力F：2-2式中、——系數(shù)、；、——指數(shù)、——修正系數(shù)乘機(jī)由《切削手冊》帶入數(shù)據(jù)得：式中D=7mm。2-3帶入公式2-1,2-2中得當(dāng)使用覆蓋式鉆床夾具采取孔加工工藝時(shí)，它的夾緊力的方向與鉆床鉆削力的方向是相同的。因此不需要再計(jì)算夾緊力的大小。只需要夾緊部位的零件的剛度能夠滿足加工要求即可。4.覆蓋式轉(zhuǎn)床夾具零件的設(shè)計(jì)4.1夾具體的設(shè)計(jì)在進(jìn)行夾具體的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該明確夾具體所應(yīng)該具備的特性，其中包含：安裝在機(jī)床上時(shí)，應(yīng)該能夠保證自身穩(wěn)定性與可靠性；有足夠的剛度強(qiáng)度保證不會因此夾具體脆弱的問題而造成誤差；要保證制造的精確性，要求有適當(dāng)精度和穩(wěn)定性；排屑要方便，避免造成切屑堆積；結(jié)構(gòu)工藝性要好。在機(jī)械加工中，一般通過與機(jī)床相應(yīng)的表面接觸或配合來實(shí)現(xiàn)夾具的裝配。將夾具安裝在工作臺上時(shí)，應(yīng)盡量降低夾具的重心，使夾具的中心位置愈高，則支持面愈大；四角形件必須凸出，以確保固定架的底座表面與工作臺面相接觸。接縫或插腳的寬度要大于機(jī)床臺架的梯形槽，必須一次完成，并確保平面的精確，將夾具固定在機(jī)床主軸上時(shí)，夾具的底座與主軸對應(yīng)的表面要有很高的匹配精度，并確保夾具的安裝穩(wěn)定、可靠。夾具體的設(shè)計(jì)如下圖3-1-1所示：圖3-1-1夾具體的設(shè)計(jì)4.2加工工件的設(shè)計(jì)本課題采用的加工零件為左支撐，首先考慮的是左支撐的材料與形狀。本課題加工的左支撐的毛坯材料為ZCu10AlFe3（鑄造銅合金）。形狀如下圖所示：ZCuAl10Fe3鑄造銅合金機(jī)械性能好，耐磨、耐腐蝕，易于焊接，不易釬焊，而在700℃以上的大型鑄件中，可以防止鑄件的脆化。ZCuAl10Fe3使用于高強(qiáng)度、高耐磨、高耐蝕性能的鑄件。其力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度σb(MPa)：≥490；屈服強(qiáng)度σ(MPa)：≥180；伸長率δ5(%)：≥13；硬度：≥980HB(參考值)。加工工件的零件圖如下圖3-2-1所示圖3-2-1加工工件設(shè)計(jì)圖4.3鉆模板的設(shè)計(jì)在進(jìn)行鉆模設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到工件的形狀、尺寸、重量、加工需求以及生產(chǎn)批量、工藝設(shè)備的技術(shù)條件是否滿足加工需求等因素，選用不同的鉆模。選擇的時(shí)候要注意：當(dāng)工件的孔直徑超過10毫米時(shí)，鉆模必須與工作臺（尤其是鋼材）相結(jié)合。所以，在其夾具上，應(yīng)該有專門用于夾緊的凸緣或凸臺。如果工件上加工的孔在一個(gè)圓平面上，并且總質(zhì)量大于100N的情況下，應(yīng)選用帶有分度裝置的回轉(zhuǎn)鉆模，最好是與通用回轉(zhuǎn)臺配套使用。若在一種通用中型工件的某一平面上，將若干具有任意分布的平行孔系進(jìn)行加工，則在搖臂機(jī)上采用固定鉆模。對大型工件，可用覆蓋鉆模進(jìn)行加工，將鉆模直接安裝在搖臂機(jī)上使用。若要批量生產(chǎn)，可采用多臺主軸進(jìn)行縱向鉆孔或組合加工。對于孔的垂直度允許偏差大于0.1毫米、孔距允許偏差為±0.15毫米的中小型零件，為了縮短模具設(shè)計(jì)和制作周期，應(yīng)優(yōu)先選用滑柱式鉆模。此次設(shè)計(jì)采用了可拆卸的鉆模，這種鉆?？梢员辉O(shè)計(jì)為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，并可以根據(jù)具體的工藝條件和要求，在模具上安裝專用的定位件，也可以單獨(dú)使用。這種方法很方便，但也有一個(gè)弊端，那就是每次使用都要從工件上取下，耗時(shí)耗力，所以這種鉆頭的重量不能超過100公斤。圖3-6-1鉆模板4.4鉆套的設(shè)計(jì)鉆套、鉆模是鉆床夾具上專用的零件。鉆套是裝在鉆?；驃A具上的，它的作用是確定孔的位置，并對刀具進(jìn)行切削。具體的鉆套類型在前文已經(jīng)描述過，故在此不再描述。本次設(shè)計(jì)的覆蓋式鉆床夾具使用快速鉆套。它的優(yōu)勢是，一旦引導(dǎo)的鉆套管被磨壞了，就可以通過放松螺絲來迅速更換。確保了定位的準(zhǔn)確度，從而大大的提升了生產(chǎn)率，適用于大規(guī)模的制造。鉆套的尺寸、公差配合、材料等的選擇如下：（1）鉆套內(nèi)徑基本尺寸=引導(dǎo)刀具的最大極限尺寸。（2）鉆套高度H：H=（1~3）D，斜孔H=（4~6）D，H過長，磨損嚴(yán)重，因此本鉆套H取12mm（3）排屑空間h：h指鉆套底部與工件表面之間的空間，h過大要引偏，過小不能排屑。（4）材料：性能要求：高硬度、耐磨常用材料：T10A、T12A、20滲碳淬火等D＜25mm時(shí)使用T10AD≥25mm時(shí)使用20滲碳淬火鉆套所下圖所示：圖3-7-1快速鉆套5夾具誤差的分析計(jì)算5.1定位誤差在一批產(chǎn)品的裝夾過程中，由于位置的偏差，導(dǎo)致了加工精度參數(shù)（尺寸、位置）的誤差，也就是所謂的定位誤差?；谧畲笳`差區(qū)間，以最大加工精度參數(shù)變化值為基準(zhǔn)。定位誤差產(chǎn)生的原因有兩方面，一是定位參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)不相符，二是定位參數(shù)與對刀基準(zhǔn)的偏差。1.基準(zhǔn)不重合誤差由于定位參考和設(shè)計(jì)參考不一致引起的位置誤差稱為基準(zhǔn)不重合誤差，用表達(dá)。另外，基準(zhǔn)不重合誤差與設(shè)計(jì)參考關(guān)于定位參考的最大變化量是緊密聯(lián)系的，也就是在設(shè)計(jì)參考和定位參考之間的公差。在與加工精度參數(shù)一致的情況下，=。在與加工精度參量方向不一致的情況下，應(yīng)由實(shí)際位置圖來確定的幾何關(guān)系，并按照一定的函數(shù)關(guān)系來求取的誤差，故有。綜合上述兩種情形，參考不一致誤差的計(jì)算方法應(yīng)該是，即根據(jù)特定的位置方案分析確定特定的功能形式。2.基準(zhǔn)位置誤差由定位參考相對于刀具參考的位置移動所引起的定位誤差被稱作基準(zhǔn)位置誤差，用表示。同樣，參考位置誤差和定位參考相對于刀具參考的最大位置位移量（通常是工件定位面與定位元件工作面匹配的最大空隙）是緊密聯(lián)系的。最大位置位移量有兩種情況，一種是的方向與加工進(jìn)度參數(shù)的相同時(shí)，基準(zhǔn)位置誤差就等于最大位置位移量，即=；當(dāng)?shù)姆较蚺c其不相同是，則就應(yīng)該按照一定的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，即。其中函數(shù)應(yīng)該根據(jù)定位方案分析來確定。由于定位誤差是以工件的最大誤差值來計(jì)算的，所以在以上和計(jì)算分析中，均考慮了設(shè)計(jì)參考相對于定位參考的最大位移和定位參考相對于刀具參考的最大位置位移。3.定位誤差的計(jì)算定位誤差的計(jì)算公式如下：5-1式中—定位誤差；—基準(zhǔn)不重合誤差；—基準(zhǔn)位置誤差；—設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)的最大變動量；—定位基準(zhǔn)相對對刀基準(zhǔn)的最大位置移動量；、—求解、在加工精度參數(shù)方向上產(chǎn)生的定位誤差的函數(shù)，其具體形式根據(jù)具體的定位方案來分析確定。在式5-1中，如果和是由于兩個(gè)不相干的變量，則使用“+”；如果是同一種變數(shù)，則要判定它們對的作用是否一致，如果方向一致，則使用“+”，相反的話，則用“-”。5.2誤差分析該工藝選擇的工件是在半軸上的圓形孔，而半軸是豎直的，因?yàn)槎ㄎ粚χg有一個(gè)徑向的空隙，必然會造成基準(zhǔn)的徑向位移誤差。由于在重力作用下，定位副的位置只有一個(gè)單向空隙，也就是說，工件總是以孔的形式與主軸上的母線相接觸，所以此時(shí)的參考位置誤差只存在于Z軸方向，并且是向下的。5-2式中——定位副間的最小配合間隙（mm）；——工件圓孔直徑公差（mm）；——半軸外圓直徑公差（mm）。圖5-2-1半軸垂直放置時(shí)定位分析圖5.3分析定位誤差應(yīng)注意的問題（1）所謂定位誤差，就是在某一工藝過程中，對某一工藝參數(shù)的定位誤差。這是加工精度參數(shù)（尺寸，位置）的一部分。（2）一種工藝的定位方案會導(dǎo)致該工藝中多個(gè)不同的加工精度參數(shù)存在差異，需要逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算。（3）對定位誤差進(jìn)行分析與計(jì)算的前提是使用夾具對一批工件進(jìn)行夾緊，并通過調(diào)整來保證加工的需要。（4）所求的位置誤差值是指在加工一批零件時(shí)，所述加工精度參數(shù)的最大偏差值。這是一個(gè)限制的范圍，而非特定的特定的零件的位置錯(cuò)誤。（5）一批產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)相對于刀具基準(zhǔn)產(chǎn)生最大位置變動量、，是定位誤差產(chǎn)生的原因，但不一定就是具體的數(shù)值。6覆蓋式鉆床夾具的三維建模與仿真6.1SolidWorks的介紹在此次的設(shè)計(jì)中，我采用SolidWorks軟件進(jìn)行覆蓋式鉆床夾具的建模和仿真操作。SolidWorks是一款1995年提出的三維機(jī)械零件設(shè)計(jì)及自動化的軟件。與別的同類型的軟件相比，它具有操作界面簡潔，制造效率高，學(xué)習(xí)周期短等優(yōu)點(diǎn)，在此不多做描述。以下主要介紹了一些重要零件的建模以及組裝和運(yùn)動仿真。6.2夾具體的建模首先創(chuàng)建一個(gè)SolidWorks的新文件，選擇零件這一類型。之后在彈出的對話框中選擇需要的基礎(chǔ)面作為繪圖基準(zhǔn)面，隨后點(diǎn)擊草圖按鈕開始繪制草圖，然后點(diǎn)擊菜單欄工具中的矩形按鈕，創(chuàng)建一個(gè)200mm×140mm的矩形，其中心在原點(diǎn)。然后作拉伸處理，將其拉伸成為一個(gè)高25mm的長方體。隨后再使用拉伸切除命令，使矩形的兩邊切除一個(gè)圓柱形，作為夾具體的裝夾位置。之后，以原點(diǎn)位置為基準(zhǔn)，再次使用草圖命令，在原點(diǎn)位置繪制一個(gè)直徑為56mm的圓形，隨后對這個(gè)圓形的草圖使用拉伸命令，將其在矩形的上表面在此拉伸5mm使其突出。隨后開始在這個(gè)圓上開始繪制螺紋孔，在插入中找到陣列，選擇圓周陣列360度3等分，隨后使用拉伸切除命令將孔打通。接下來先繪制螺紋線，在插入欄中找到曲線，隨后點(diǎn)擊螺旋線命令。選擇定義方式為高度和螺距，設(shè)置螺紋高度和螺距，起始角度為0°，方向?yàn)轫槙r(shí)針。最后找到側(cè)邊欄中的屬性管理器，選擇輪廓命令，隨后選擇繪圖區(qū)中剛剛繪制的螺紋線，即可形成螺紋。最后，選擇特征欄中的圓角命令，選中長方形的輪廓線為圓角角邊，設(shè)置好圓角半徑，即可完成夾具體的建模。6.3鉆模板的建模首先創(chuàng)建一個(gè)SolidWorks的新文件，選擇零件這一類型。之后在彈出的對話框中選擇需要的基礎(chǔ)面作為繪圖基準(zhǔn)面，隨后點(diǎn)擊草圖按鈕開始繪制草圖，同樣，然后使用菜單欄工具中的直線和矩形來繪制需要的草圖，并且在草圖描繪中需要描繪成一個(gè)封閉的圖形，如下圖藍(lán)線所示。隨后使用插入中的旋轉(zhuǎn)命令，隨后選擇主軸作為旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)360°，即可得到一個(gè)圓臺，如下圖所示：隨后，同樣使用拉伸切除命令，以中心線為基點(diǎn)畫圓，將中心進(jìn)行切除。同樣的原理，使用陣列找到自己出所需要的點(diǎn)位，利用陣列選擇這些點(diǎn)位隨后再次使用拉伸切除命令將孔洞打通。如此即可完成鉆模板的建模。如下圖所示：6.4鉆套的建模首先創(chuàng)建一個(gè)SolidWorks的新文件，選擇零件這一類型。之后在彈出的對話框中選擇需要的基礎(chǔ)面作為繪圖基準(zhǔn)面，隨后點(diǎn)擊草圖按鈕開始繪制草圖。同樣，然后使用菜單欄工具中的直線和矩形來繪制需要的草圖，并且在草圖描繪中需要描繪成一個(gè)封閉的圖形，如下圖藍(lán)線所示，在插入中選擇旋轉(zhuǎn)命令，隨后選擇主軸作為旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)360°，即可得到下圖圖形：隨后，選擇距離圓心6.5mm的邊線使用拉伸切除命令，一次直接切除10mm，另一次將角度設(shè)置為前一次切角的40°，隨后也使用拉伸切除命令切除5mm，得到下圖所示圖形。最后再經(jīng)過倒角即可得到完成后的快速鉆套。6.5覆蓋式鉆床夾具的裝配首先，要先確定覆蓋式鉆床夾具的裝配圖要以什么為基礎(chǔ)，要將這個(gè)基礎(chǔ)作為“地零件”，固定在那里供其他零件在上面進(jìn)行裝配工作。在本設(shè)計(jì)中，夾具體是確定其他零件如何配合的基礎(chǔ)同時(shí)也是覆蓋式鉆床的底座，因此在這里我選擇將夾具體作為裝配的基礎(chǔ)。具體操作如下：第一個(gè)步驟是需要將各種零件導(dǎo)入到裝配體環(huán)境中，要利用配合的方式來使其安裝到正確的位置上，使其構(gòu)成一個(gè)整體。先建立一個(gè)裝配體文件，裝配體文件的后綴名為.sldasm。隨后，將夾具體導(dǎo)入到界面中，使其固定。這樣“地零件”便組裝完成，便可以開始其他零件的裝配。第二個(gè)步驟是將心軸導(dǎo)入，接著開始為其添加約束。首先選擇約束命令，選中心軸的端面與夾具體中心的圓添加重合約束，同時(shí)選中心軸和夾具體的中心軸線，添加同心約束，這樣就可以看到心軸和夾具體緊密結(jié)合。隨后選擇夾具體和心軸上的幾個(gè)孔位，同樣為其添加同心和重合的約束，即可將孔位完全對位，心軸的裝配就完成了。之后選擇M4-20的螺栓，為其添加重合和同心約束，使其成功插到所預(yù)留的孔洞中并完成固定。第三個(gè)步驟是將左支撐導(dǎo)入，并開始為其添加約束。首先選擇左支撐的下端面和心軸的上端面為其添加重合約束，之后選擇心軸和左支撐的中心軸線，添加同心約